Polymerer spelar en viktig roll i vårt dagliga liv, men de kommer också med en ökad brandrisk. Effektiva flamskyddsmedel är nyckeln till att garantera människors säkerhet och skydda varor från farorna med oavsiktliga bränder.

Polymerindustrin har vänt sig till flamskyddsmedel för att minska påverkan av bränder orsakade av mycket brandfarliga polymerer. Dock, Konventionella flamskyddsmedel som halogenerade föreningar har några allvarliga nackdelar som miljöbeständighet och toxicitet. Vad är mer, deras användning är för närvarande begränsad av Europeiska kommissionens REACH-förordning om registrering, utvärdering, godkännande och begränsning av kemikalier.

Utvecklingen av brandbeständiga nanomaterial för att förbättra både mekaniska och termiska egenskaper anses vara en av de mest lovande utmaningarna inom flamskyddsdomänen. Det EU-finansierade NOFLAME-projektet "öppnade dörren till nya metoder för flamskydd och förståelse av polymernedbrytning, därmed utöka tillämpningen av polymerer till nanomaterial, " säger koordinator Dr. Katharina Landfester. "Tillsammans med deras miljövänlighet – halogenfria flamskyddsmedel – och deras ekonomiska konkurrenskraft, dessa material kommer att börja väcka kommersiellt intresse."

Nanomaterial dispersionsupplösning

Projektpartners syntetiserade nya nanobehållare för att lösa problemen med dålig spridning och låg gränsyta vidhäftning av oorganiska och hybrida nanomaterial. Detta skulle göra dem lämpliga för flamskyddstillämpningar, speciellt med inkapsling av organiska och oorganiska flamskyddande föreningar. "Det kommer att leda till nya applikationer, där användningen av organiska skal begränsas av deras låga termiska stabilitet och höga brandfarlighet, " förklarar Dr. Landfester.

"Förmågan att kapsla in ett brett spektrum av ämnen gör nanobehållarna mycket önskvärda för att utveckla multifunktionella nanomaterial för framtida tillämpningar, " Dr. Landfester påpekar. Inkapslingen av paraffinvaxer – ett värmeenergilagringsmaterial för byggnader – är ett sådant exempel.

Forskare uppnådde en hög stabilitet av emulsionen under månader utan tillsats av någon lipofob. De observerade att användningen av en mikrofluidisator för homogenisering gav en mer enhetlig partikelstorleksfördelning och gav större stabilitet, repeterbarhet och skalbarhet av emulsionen jämfört med ultraljudsmetoden.

Nanobehållarna inbäddade i polymermatriserna visade en god spridning i epoxihartser, en anmärkningsvärd ökning av kolet vid 600 ºC och en minskning av den totala värmeavgivningen. Detta innebär att nanobehållarna brinner långsammare än det kommersiella referensmaterialet.

Banar väg för flamskyddade nanocontainrar

Resultaten visar att de syntetiserade nanobehållarna förbättrade termisk stabilitet och minskade brännbarheten när de bäddades in i epoxihartser. "NOFLAME kommer direkt att resultera i en förbättrad förståelse av flamskyddsmekanismer och spridning av polymera strukturer av andra forskare inom flamskyddande nanomaterial och kolloidvetenskap, " förklarar Dr. Landfester.

Forskningsinsatser har också bidragit till kunskapen om uppskalningen av polymer miniemulsion via mikrofluidiseringsapparat. Projektgruppen utför för närvarande skalningsstudier av nya material för bioapplikationer. "Vår forskning kommer att ha en viktig inverkan på polymerindustrin eftersom företag aktivt försöker ändra sina konventionella flamskyddsmedel mot andra mindre giftiga som är i linje med REACH, " avslutar Dr. Landfester.